DE3601828A1 - Optisches lichtabtastsystem einer bildausgabe-abtastvorrichtung mit einem elektromechanischen lichtmodulator - Google Patents

Description

Optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtastvorrichtung mit einem elektromechanischen Lichtmodulator

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtastvorrichtung mit einem elektromechanischen Lichtmodulator.

\/\J Eine Bildausgabe-Abtastvorrichtung ist ein Gerät, das in einem Faksimilegerät, d.h. in einem Bildübertragungsgerät, od. dgl. zur Anwendung kommt, um die Abbildung eines Originals, z.B. eines Dokuments od. dgl.', abzutasten und die Abbildung als Bildinformation durch ein Licht- oder elektrisches Signal auszugeben. Für eine derartige Bildausgabe-Abtastvorrichtung sind verschiedene Ausführungsformen bekannt.

Viele der in den weitverbreiteten PPC-Kopiergeräten verwendeten Bildausgabe-Abtastvorrichtungen sind beispielsweise

Dresdner Ban* ν

von der Art, wobei ein Original durch das Licht einer Halogenlampe od. dgl. abgetastet und das davon reflektierte Licht unmittelbar auf einem elektrophotographischen, photoempfindlichen Element abgebildet wird. Des weiteren gibt es ein Verfahren, wobei - wie in einem Laserstrahldrucker die Abbildung eines Originals in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, worauf auf der Grundlage dieses Signals ein Lichtmodulator dazu benutzt wird, einen Laserstrahl zu modulieren, der seinerseits auf einem photoempfindlichen Element abgebildet wird.

Im Verlauf der Entwicklung in der Technik der integrierten Schaltungen wurde auch in den letzten Jahren eine Bildausgabe-Abtastvorrichtung vorge-schlagen, bei der ein elektromechanischer Lichtmodulator mit einer Anzahl von Ablenkelementen an einer Basis zur Anwendung kommt.

Der allgemeine Aufbau der oben erwähnten Bildausgabe-Abtastvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Bildausgabe-Abtastvorrichtung, die einen elektromechanischen Lichtmodulator, der im folgenden nur noch als Lichtmodulator bezeichnet wird, verwendet.

Die Vorrichtung von Fig. 1 umfaßt eine Lichtquelle 1, z.B. eine Wolframlampe, eine Bestrahlungsoptik 2, den Lichtmodulator 3, eine Projektionsoptik 4, einen Umlenkspiegel 5 und eine photoempfindliche Trommel 6.

Das Licht von der Lampe 1 wird durch die Bestrahlungsoptik 2 dem Lichtmodulator 3 zugeführt. Nur das erforderliche reflektierte Bildsignal1icht wird durch die Projektions-

optik 4 über den Umlenkspiegel 5 auf die photoempfindliche Trommel 6 konzentriert.

Bei einer derartigen Bildausgabe-Abtastvorrichtung sind nun für den Lichtmodulator 3 verschiedenartige Ausgestaltungen entworfen und vorgeschlagen worden. Hierzu zeigen die

Fig. 2A eine vergrößerte, schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels für einen Lichtmodulator und die

Fig. 2B eine Seitenansicht dieses Lichtmodulators.

Der Lichtmodulator 3 weist Spiegel-Bildelementplatten 3a auf, die durch eine elektromechanische Einrichtung auf- oder abwärts gebogen werden können. Wie die Fig. 2B zeigt, ist die Richtung des (gestrichelten) Reflexlichts 7 von der abwärts gebogenen, gestrichelt angedeuteten Spiegel-Bildelementplatte 3a zu der Richtung des (mit ausgezogener Linie angedeuteten) Reflexlichts von der nicht abgebogenen Spiegel-Bildelementplatte 3a unterschiedlich. Durch eine solche Änderung in der Richtung einer jeden der Spiegel-Bildelementplatten 3a in Übereinstimmung mit einem Bildsignaleingang zum Lichtmodulator 3 ist es möglich, eine dem Bildsignal entsprechende elektrostatische und latente Abbildung auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel auszubilden. Diese latente Abbildung wird dann mit Hilfe eines allgemein bekannten elektrophotographischen Vorgangs in eine sichtbare Abbildung umgewandelt.

Bei der oben beschriebenen Bildausgabe-Abtastvorrichtung verläuft jedoch die Richtung der Abbiegung der Spiegel-Bildelementplatte 3a abwärts ohne eine Verdrehung zur Seite dieser Platte 3a hin, wie Fig. 2B zeigt, und des-

halb ist eine Trennung des Signallichts sowie des überflüssigen oder unnötigen Reflexlichts 7 schwierig, wenn die Beugung im Bildraum in Betracht gezogen wird. Das hat zum Ergebnis, daß der Abstand zwischen dem Lichtmodulator 3 und der Projektionsoptik 4 lang gemacht werden muß, bis die beiden gebeugten Lichtstrahlen voneinander getrennt werden können. Das bedeutet und bringt nichts anderes ,außer daß das optische System in der Querrichtung groß wird. ' Ferner führt die Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Lichtmodulator 3 und der Projektionsoptik 4 dazu, daß die Lichtintensität an der photoempfindlichen Trommel 6 vermindert wird, wenn man davon ausgeht, daß die Lichtintensität der Lichtquelle konstant ist. Um das zu verhindern, ist es notwendig, den Bildwinkel, mit dem die Lichtquelle der Linse der Bestrahlungsoptik 2 gegenüberliegt, groß zu machen. Das bedeutet, daß das optische System in Richtung seiner Höhe vergrößert wird, wodurch wiederum ein ernsthaftes Problem in bezug auf die kompakte Ausbildung der Bildausgabe-Abtast-vorrichtung aufgeworfen wird.

Es ist insofern die Aufgabe der Erfindung, ein optisches Lichtabtastsystem zu schaffen, mit dem es möglich ist, wirksam und leistungsfähig überflüssiges gebeugtes Licht und Bildsignal1icht voneinander zu trennen.

Ein Ziel der Erfindung ist hierbei darin zu sehen, ein kompaktes optisches Lichtabtastsystem zu schaffen, das die oben erwähnte Trennung trotz seiner Kompaktheit wirksam bewerkstelligen kann.

Des weiteren wird mit der Erfindung ein optisches Lichtabstastsystem angestrebt, das eine ausgezeichnete Druck- oder Schreibqualität aufweist und kompakt ist.

Um die oben genannten Probleme zu lösen, wird erfindungsgemäß ein optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtastvorrichtung geschaffen, wobei ein durch eine Bestrahlungsoptik von einer Lichtquelle her einfallender Lichtstrahl einem elektromechanischen Lichtmodulator zugeführt wird, welcher eine Anzahl von Elementen umfaßt, die imstande sind, den auffallenden Lichtstrahl in wenigstens zwei Richtungen in Übereinstimmung mit einem Eingangssignal ' abzulenken, und die in der Haupt-Abtastrichtung angeordnet sind, d.h. in der zur Zeichnungsebene von Fig. 1 rechtwinkligen Richtung, wobei eine Bildinformation durch Umschalten der Richtung der Ablenkung eines jeden der Elemente geliefert wird und wonach nur ein Signallicht auf ein photoempfindliches Element durch eine Projektionsoptik projiziert wird. Dieses Lichtabtastsystem zeichnet sich dadurch aus, daß die Gestalt von wenigstens der Bestrahlungsoptik oder von wenigstens der Projektionsoptik in der Haupt-Abtastrichtung flach ist.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 3A eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems;

Fig. 3B den Längsschnitt durch das System von Fig. 3A;

Fig. 4A eine vergrößerte Frontansicht eines elektromechanischen Lichtmodulators;

Fig. 4B und 4C die Bewegung eines Bildelements an dem Lichtmodulator;

Fig. 5 eine Darstellung zur Art der Reflexion und Ablenkung;

Fig. 6 die Lichtverteilung in einer die Eintrittspupille eines Projektionsobjektivs enthaltenden Ebene;

9 -

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D Fälle, in denen der Ort, an dem ein Gelenk an einer Spiegel-Bildelementplatte angebracht ist, unterschiedlich ist.

Das optische Lichtabtastsystem von Fig. 3A und 3B umfaßt u.a. eine Lampe 11 als Lichtquelle, eine Bestrahlungsoptik 12, die auch ein optisches Reflexionssystem sein kann und hier als eine Kondensorlinse dargestellt ist, und einen elektromechanischen Lichtmodulator 13. Ein von der Lampe 11 ausgesandter Lichtstrahl gelangt durch die Kondensorlinse 12 auf den elektromechanischen Lichtmodulator 13, von dem der Strahl moduliert und dann reflektiert wird. Das Reflexlicht unterliegt durch eine Projektionsoptik 14, die auch ein optisches Reflexionssystem umfassen kann und hier als Projektionsobjektiv dargestellt ist, einem Vergrößerungswechsel in Übereinstimmung mit einer gewünschten Druckbreite sowie Auflösung und wird über einen Umlenkspiegel 15 auf eine photoempfindliche Trommel 16 konzentriert. Die als Lichtquelle 11 dienende Lampe muß nicht ein Laser von hoher Intensität sein, vielmehr ist es ausreichend, wenn eine billige, übliche Wolframhalogenlampe wie bei einem Filmprojektor od. dgl. zur Anwendung kommt, weil in der Haupt-Abtastrichtung ein Abbilden auf der photoempfindlichen Trommel 16 im wesentlichen zur gleichen Zeit erfolgt und deshalb eine lange Belichtungszeit gewährleistet werden kann.

Der in Fig. 4A gezeigte elektromechanische Lichtmodulator 13, der im folgenden nur noch als Lichtmodulator bezeichnet wird, hat einen flachen Sockel 18 und Spiegel-Bildelementplatten 19, deren Flächen in ihrer Neigung verändert werden können. Bei dem Lichtmodulator 13 von Fig. 4A ist eine Anzahl von Spiegel-Bildelementplatten 19 in horizontaler Richtung, wobei in der vertikalen Richtung zwei Reihen übereinanderliegen, angeordnet.

Der Lichtmodulator 13 wird in einem dem Herstellungsverfahren für einen IC oder einen LSI ähnlichen Verfahren gefertigt und hat einen Aufbau wie ein Feldeffekttransistor der MOS-Bauart. Die Abmessung einer jeden Seite einer jeden Spiegel-Bildelementplatte 19 ist winzig und liegt im Bereich von 5-15 pm. Derartige Bildelementplatten sind in der USA-Patentanmeldung Ser.-No. 748 835 (übertragen auf die Anmelderin) näher beschrieben. '

In Übereinstimmung mit einem zugeführten binären Modulationssignal behält jede der Bildelementplatten 19 ihre Parallelität zum Sockel im AUS-Zustand des Signals bei, wie Fig. 4B zeigt, und im AN-Zustand des Signals fällt die Platte 19 mit dem Gelenk 20 als Schwenkachse, wie Fig. 4C zeigt, nach unten. Dieses Herunterfallen erfolgt mit Hilfe des Gelenks 20, das an einer Ecke der vierseitigen (viereckigen) Spiegel-Bildelementplatte 19 vorgesehen ist. Im Gegensatz zum Abbiegen der Fläche der Spiegel-Bildelementplatte 3a (s. Fig. 2B) hat die Oberfläche nun nach dem Herunterfallen eine Neigung in einer mit Bezug zur Oberfläche vor dem Herunterfallen schiefen oder schrägen Richtung. Das in den Lichtmodulator 13 eingetretene Licht wird in Übereinstimmung mit diesem Fa11 winkel reflektiert und abgelenkt. Dieser Zustand ist in Fig. 5 gezeigt. Aus diesen beiden Reflexionsrichtungen wird der reflektiei— te Lichtstrahl im AN-Zustand des Signals durch das Projektionsobjektiv 14 auf die photoempfindliche Trommel 16 geleitet, so daß eine Reihe von Punkten entsprechend jedem eingegebenen Bildelement-Modulationssignal erhalten wird. Jeder Punkt wird entsprechend dem AN oder AUS eines jeden Bildelements gebildet und ist deshalb in seiner Funktion zur Informationsverarbeitung hochwertig.

Die Fig. 6 zeigt schematisch die Verteilung des Reflexlichts auf einer die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 14 enthaltenden Ebene, wobei zum Lichtmodulator 13 in der Reflexionsrichtung ein endlicher Abstand vorhanden ist.

In Fig. 6 sind die Verteilung 21 des Reflexlichts 17 im AUS-Zustand des Signals, d.h. das Beugungsbild des über- ' flüssigen Lichts, und die Abbildung 22 des Glühfadens der Lichtquelle dargestellt. Ferner sind die Eintrittspupille 23 des Projektionsobjektivs 14 und die Verteilung 24 des Reflexlichts im AN-Zustand des Signals, d.h. das Modulationssignal des notwendigen Lichts, gezeigt.

Die Spiegel-Bildelementplatten 19 haben eine derartige Größe oder Abmessung, die die Beugung des auffallenden Lichtstrahls aus der Beschränkung od. dgl. ihrer Anordnung nicht vernachlässigen kann,und die Gestalt eines jeden Bildelements ist ein Viereck, weshalb sich das Beugungsbild in Form eines Kreuzes in der Richtung einer jeden Seite des Vierecks ausdehnt, wie Fig. 6 zeigt. Wie bereits gesagt wurde, wird jede Spiegel-Bildelementplatte 19 nach unten in die schiefe Richtung dadurch gebracht, daß das Gelenk 20 an einer Ecke des die Bildelementplatte

19 bildenden Vierecks als die Schwenkachse dient, wodurch es möglich ist, das Signallicht so einzustellen, daß es nicht das Kreuz des Beugungsbilds 21 des überflüssigen oder unnötigen Lichts überdeckt.

Es wird nun darauf eingegangen, wie die Spiegel-Bildelementplatte nach unten in die schräge Richtung gebracht wird. Die Fig. 7 zeigt vier Fälle, in denen das Gelenk

20 an unterschiedlichen Teilen des Spiegel-Bildelements 19 angebracht ist, wobei die Gelenke 20 jeweils die

Schwenkachse 20a haben, und die X-Achse ist in der gleichen Koordinatenrichtung aufgetragen, wie die Haupt-Abtastrichtung verläuft.

Wenn die Schwenkachse 20a so liegt, wie es die Fig. 7A und 7B als Beispiele für die Anbringung gemäß dem Stand der Technik zeigen, dann ist es schwierig, das Beugungsbild des Signallichts vom Kreuz des Beugungsbilds des überflüs- ' sigen Lichts zu trennen. Wird die Schwenkachse jedoch so vorgesehen, wie es die Fig. 7C und 7D zeigen, so kann das Beugungsbild des Signallichts von dem des überflüssigen Lichts ohne Schwierigkeiten getrennt werden, wie vorher erläutert wurde, d.h., wenn der Winkel θ zwischen der Schwenkachse 20a und der X-Achse ungleich 0 oder ein anderer Winkel als tr/2 ist, dann tritt der oben erwähnte Effekt mehr oder weniger auf, und wenn der Winkel θ gleich tt/4 ist, so kann insbesondere erwartet werden, daß der größte Effekt auftritt. Demzufolge wird, wenn die Schwenkachse 20a so festgesetzt wird, daß θ = ir/4 ist, die Trennung der beiden Reflexlichter die beste werden und kann das gebeugte Licht 21, das als Störung (Rauschen) in die Eintrittspupille 23 gelangt, in sehr hohem Maß vermindert werden.

Die Verminderung dieses gebeugten, als Störung in die Eintrittspupille 23 eintretenden Lichts ist ein Kunstgriff, der aus der Beschränkung heraus, daß ein großer Ablenkungswinkel der Spiegel-Bildelementplatten 19 des Lichtmodulators 13 nicht sichergestellt werden kann, immer notwendig wird.

Als ein anderer bedeutsamer Faktor in bezug auf die Verminderung des gebeugten, als Störung in die Eintrittspupille gelangenden Lichts kann die Ausdehnung des Beugungsbilds 21

klein gemacht werden, jedoch steht die Ausdehnung des Beugungsbilds 21 in inniger Beziehung mit der Form oder Gestalt der Kondensorlinse 12.

Die Gestalt der beleuchtenden Kondensorlinse 12 kann sehr flach sein, weil, wie Fig. 4A zeigt, eine Anzahl von Bildelementplatten 19 des Lichtmodulators 13 in einer horizontalen Richtung bei zwei vertikalen Reihen angeordnet ^; ist, weshalb es genügt, einen seitlich langen Spalt- oder Schlitzlichtstrahl anzuwenden. Wird die Kondensorlinse 12 dagegen nicht flach, sondern dick ausgebildet, so wird der in den Lichtmodulator 13 eintretende Lichtstrahl einen großen Anteil des in einer zur Haupt-Abtastrichtung senkrechten Lichtstrahls enthalten, womit die Ausdehnung und die Intensität des Beugungsbilds groß gemacht werden, so daß es, selbst wenn der Winkel θ optimal gewählt wird, wie oben beschrieben wurde, schwierig wird, nur das Modulationssignal des notwendigen Lichts herauszuziehen. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, die Kondensorlinse flach auszubilden.

Die flache Ausbildung der Kondensorlinse 12 bietet auch einen großen Vorteil insofern, als das optische System in seiner Höhenrichtung kompakt bemessen werden kann.

Durch die flache Ausgestaltung der Kondensorlinse 12 und des Projektionsobjektivs 14 bei dem Erfindungsgegenstand, wie das die Fig. 3A und 3B zeigen, kann das optische System in Richtung seiner Höhe kompakt gefertigt werden. Vor allem macht die flache Ausbildung des Projektionsobjektivs 14 das Öffnungsverhältnis unterschiedlich in bezug auf den Lichtmodulator 13 als die Sekundärlichtquelle des Projektionsobjektivs 14 in der Haupt- sowie Neben-Abtastrichtung, womit die Gestalt eines jeden auf der photoemp-

findlichen Trommel 16 durch das Projektionsobjektiv 14 abgebildeten Punkts in der Neben-Abtastrichtung länger ist als in der Haupt-Abtastrichtung, und das ist für die Qualität des Drückens oder die Bilddarstellung zu bevorzugen .

Ferner bietet die Anordnung des Projektionsobjektivs 14 in einer flachen Ausgestaltung parallel zur seitlichen Richtung der Reihe der Lichtmodulatorelemente die Möglichkeit der Abtrennung und Beseitigung der eine Störung herbeiführenden überflüssigen Lichtkomponente, während der Abstand zwischen dem Projektionsobjektiv sowie der Reihe der Lichtmodulatorelemente selbst dann kurz gehalten wird, wenn der Unterschied im Winkel der Reflexion und Ablenkung der Lichtmodulatorreihe zwischen dem AN- und dem AUS-Zustand nur einen kleinen Wert annehmen kann, was wiederum zu einem Vorteil insofern führt, als das optische System in seiner seitlichen Richtung kompakt ausgebildet werden kann.

Durch die Erfindung wird ein optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtast-vorrichtung offenbart, wobei ein von einer Lichtquelle durch eine Bestrahlungsoptik einfallender Lichtstrahl einem elektromechanischen Lichtmodulator zugeführt wird, der eine Anzahl von Elementen umfaßt, die imstande sind, den auffallenden Lichtstrahl in Übereinstimmung mit einem eingegebenen Signal in wenigstens zwei Richtungen abzulenken, und die in der Haupt-Abtastrichtung angeordnet sind. Durch Umschalten der Richtung der Ablenkung eines jeden der Elemente wird eine Bildinformation geliefert, worauf nur ein Signallicht auf ein photoempfindliches Element durch eine Projektionsoptik projiziert wird. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens die Bestrahlungs- oder wenigstens die

360Ί828

Projektionsoptik in der Haupt-Abtastrichtung flach ausgebildet ist und der elektromechanische Lichtmodulator in Form eines Schlitzes bestrahlt wird.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, vielmehr sind verschiedenartige Abwandlungen möglich.

Beispielsweise ist die Gestalt der Spiegel-Bildelementplatten nicht auf ein Viereck begrenzt, sondern diese können in Rauten-, Dreieck- oder Ellipsenform ausgestaltet sein, um denselben Effekt zu erzielen.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtastvorrichtung, gekennzeichnet

- durch eine Bestrahlungsoptik (12) von in einer Haupt-Abtastrichtung flacher Ausgestaltung,

- durch einen elektromechanischen Lichtmodulator (13), der eine Anzahl von durch einen schlitzförmigen, von einer Lichtquelle (11) durch die Bestrahlungsoptik (12) einfallenden Lichtstrahl bestrahlten Elementen (19) umfaßt, die imstande sind, den einfallenden Lichtstrahl in Übereinstimmung mit einem zugeführten Signal in wenigstens zwei Richtungen abzulenken, die in der Haupt-Abtastrichtung angeordnet sind und von denen jedes Element in Übereinstimmung mit dem zugeführten Signal durch die Umschaltung der Ablenkungsrichtuna abgelenkte Lichtstrahlen erzeugt, und

- durch eine Projektionsoptik (14), die nur ein notwendiges Licht der abgelenkten Lichtstrahlen projiziert, das in wenigstens einer von den beiden Richtungen abgelenkt ist,

2. Lichtabtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Elemente (19) des Lichtmodulators (13) zur Ablenkung des auffallenden Lichtstrahls ' um eine Schwenkachse (20a) dreht.

3. Lichtabtastsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Schwenkachse (20a) eines jeden der Elemente (19) und der Haupt-Abtastrichtung (X) der Reihe der Elemente gebildete Winkel (Θ) zu Null und ττ/2 unterschiedlich ist.

4. Lichtabtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (14) in der Haupt-Abtastrichtung eine flache Ausbildung aufweist.

5. Optisches Lichtabtastsystem einer Bildausgabe-Abtastvorrichtung, gekennzeichnet

- durch einen elektromechanischen Lichtmodulator (13), der ein Bauteil (18) mit von einer Lichtquelle (11) her einfallendem Licht bestrahlten Elementen (19) aufweist, die imstande sind, den auffallenden Lichtstrahl in Übereinstimmung mit einem zugeführten Signal in wenigstens zwei Richtungen abzulenken,die in der Haupt-Abtastrichtung angeordnet sind und von denen jedes Element abgelenkte Lichtstrahlen in Übereinstimmung mit dem zugeführten Signal durch eine Umschaltung der Ablenkrichtung erzeugt, und

- durch eine Projektionsoptik (14), die nur einen notwendigen Lichtstrahl der abgelenkten Lichtstrahlen, der in wenigstens einer der Richtungen abgelenkt ist, erzeugt und die in der Haupt-Abtastrichtung eine flache Ausgestaltung aufweist.

6. Lichtabtastsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Elemente (19) des Lichtmodulators (13) zur Ablenkung des auffallenden Lichtstrahls um eine Schwenkachse (20a) dreht.

7. Lichtabstastsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Schwenkachse (20a) und der Haupt-Abtastrichtung (X) der Reihe der Elemente (19) gebildete Winkel (Θ) zu Null und ττ/2 unterschiedlich ist.